《WIFI和BT技术浅析》PPT课件.ppt

WIFI BT技术浅析,海信移动技术,2013/02/25,1 WIFI BT简介 2 WIFI基本原理简介 3 WIFI相关射频测试指标介绍 4 BT基本原理介绍 5 BT相关射频测试指标介绍 6 WIFI BT相关问题探讨,1 WIFI BT简介,WIFI 全称Wireless Fidelity(无线保真)，属于在办公室和家庭中应用的一种短距离无线通信技术，是一个基于IEEE 80211系列标准的无线网路通信技术的品牌。 它具有通信距离长（相比蓝牙）、数据传输速率高等优势，无线通信的特点使得WIFI非常适合移动办公用户的使用。WIFI通信遵守的是802.11系列协议 蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。,2 WIFI基本原理简介,802.11ac与802.11ad,802.11ac作为11n的延续，将沿用802.11n的MIMO(多进多出)技术，为它的传输速率达到Gbps量级打下基础,第一阶段的目标达到的传输速率为1Gbps，目的是达到有线电缆的传输速率. 802.11ac每个通道的工作频宽将由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大约10%的实际频率调制效 率提升，最终理论传输速度将由802.11n最高的600Mbps跃升至1Gbps 。 802.11ad的出现针对的是多路高清视频和无损音频超过1Gbps的码率的要求，它将被用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案 。工作频率在60GHz。通过对MIMO技术的支持，在实现多路传输的基础上，将使单一信道传输速率过1GHz，目前802.11ad草案中显示的资料表明其将支持近7GHz的吞吐量。,（1）直序列扩频调制技术(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum),IEEE802.11 WLAN的关键技术：,（2）正交频分复用技术(OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing ),(3)MIMO（Multiple In, Multiple Out）,小结：802.11协议的演进过程本质上是调制技术的演进过程，用户感受到的直观效果是数据传输速率翻倍提高。当然，数据传输速率提高的代价是对发射信号的调制精度要求的增加，特别是802.11n协议，所采用技术上的复杂性使得对器件校准、一致性以及器件性能方面的要求更加严格。）,（为保证能与802.11b设备在空间和频段上共同使用的兼容性，802.11g在系统工作时使用与802.11b相同格式的头文件通知相邻11b设备“我要发送数据”，这样周围的11b设备就会“保持安静”而不对设备的发射信号造成干扰。并且11g使用的调制方式与11b不同，邻近的11b设备不会接受信息数据，从而实现了两种不同标准的系统互不干扰地共享同一频段资源。） 手机连接到热点，连接速率机制： EACK协议中，我们提议让MPDU的MAC头以基本速率发送，而MSDU以高速率发送，这样节点发现目远端的节点(或者信道较差的节点)可能解码低速MAC头，从而获得源地址和目的地址。如果接收的地址正是自己，即使接收节点不能对高速的MSDU解码，也可以发送一个修正的ACK帧给源节点。而且，类似于RBAR协议，接收节点可以基于收到的数据帧的SNR计算合适的发送速率，并利用ACK帧告知发送方。如果源节点接收到ACK帧，获知MSDU不能被解码，那么可以以合适的速率重新发送数据帧，而不必增加竞争窗口。如果接收节点连PLCP头和MAC头也不能解码，则假设数据由于碰撞遭到损坏.,帧结构,802.11 mac 帧格式,针对帧的不同功能，可将802.11中的MAC帧细分为以下3类： 1）控制帧：用于竞争期间的握手通信和正向确认、结束非竞争期等； 2）管理帧：主要用于STA与AP之间协商、关系的控制，如关联、认证、同步等； 3）数据帧：用于在竞争期和非竞争期传输数据。,802.11 帧格式,数据帧,控制帧,RTS 帧,CTS 帧,ACK 帧,PS-POLL 帧,请求发送 - RTS,清除发送 -CTS,管理帧-Management Frames,管理 Beacon Probe request Probe response Authentication Association Request Association Response Reassociation Request Reassociation Response Disassociation Deauthentication ATIM,M,M,P,D,U,Beacon,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,Protocol version,Type,Sub Type,To DS,From DS,More Frag,Retry,Power MgMT,More Data,Prot Frame,Order,Frame body,FCS,Address1,Address2,Address3,Frame control,Duration /ID,Sequence Control,802.11 Beacon管理帧,探测请求(Probe Request ),连接响应帧 -Association Response,重连接请求帧 -Reassociation Request,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,Protocol version,Type,Sub Type,To DS,From DS,More Frag,Retry,Power MgMT,More Data,Prot Frame,Order,Frame body,FCS,Address1,Address2,Address3,Frame control,Duration /ID,Sequence Control,802.11重连接请求帧,重连接响应帧 -Reassociation Response,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,Protocol version,Type,Sub Type,To DS,From DS,More Frag,Retry,Power MgMT,More Data,Prot Frame,Order,Frame body,FCS,Address1,Address2,Address3,Frame control,Duration /ID,Sequence Control,802.11重连接响应帧,解除连接帧 -Disassociation,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,Protocol version,Type,Sub Type,To DS,From DS,More Frag,Retry,Power MgMT,More Data,Prot Frame,Order,Frame body,FCS,Address1,Address2,Address3,Frame control,Duration /ID,Sequence Control,802.11解除连接帧,解除认证帧 -Deauthentication,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,Protocol version,Type,Sub Type,To DS,From DS,More Frag,Retry,Power MgMT,More Data,Prot Frame,Order,Frame body,FCS,Address1,Address2,Address3,Frame control,Duration /ID,Sequence Control,802.11解除认证帧,ATIM,ATIM：Announcement Traffic Indication Message,ATIM仅在ATIM 窗口期间传送， ATIM没有负载,单台N4010A仪表针对发射机性能可提供的测试项目： 1、对于802.11b（DSSS）模式 发射功率：仪表测量出WLAN发射信号的强度 不同国家对最大功率的限值要求不同，如美国是30dBm，欧洲是20dBm，而日本是10dBm。我国入网规范的要求是： 等效全向辐射功率应满足 天线增益小于10 dBi时：不大于100 mW或不大于20 dBm。 天线增益不小于10 dBi时：不大于500 mW或不大于27 dBm。,3 WIFI相关射频测试指标介绍,发射频谱掩模,发射频谱分布,N4010A提供的频谱显示，等同于使用频谱分析仪查看信号频谱，入网规范中对此并无要求。,发射加电与掉电坡度,规范中要求对于DSSS和CCK方式，从最大功率的10%上升到90%的发射加电坡度应不大于2s。,RF载波抑制,规范中要求对于DSSS和CCK方式，在信道中心频率处测量的RF载波抑制应比功率谱峰值至15dB。,发射中心频率容限,入网规范要求对于DSSS和CCK方式，发射中心频率容限应小于 。,发射调制精度,规范中要求对于DSSS和CCK方式，最差情况的向量误差幅度不应超过归一化采样码片数据的0.35。,功率时间关系,该项目为安捷伦提供的测试项，反映发射功率随时间的变化情况，规范中对此没有要求。,I/Q信号波形,仪表从发射信号中提取的I/Q信息，不属于射频指标的内容。,综合指标指示,该窗口将多种测试结果集合到一起显示，包括了EVM、频率偏移、数据速率、调制方式、码片时钟频率误差等指标。规范要求对于DSSS和CCK方式码片时钟频率容限小于20ppm 。,2、对于802.11g（OFDM）模式 发射频谱掩模,发射频谱分布,发射机中心频率泄漏,规范中要求对于OFDM、DSSS-OFDM方式，发射机心频率分量的能量与发射总功率相比不超过-15 dB。,发射中心频率容限,入网规范要求对于DSSS和CCK方式，发射中心频率容限应小于25ppm。,发射机星座图差错,规范要求对于OFDM、DSSS-OFDM方式，在OFDM子载波、OFDM帧和分组上取平均后的相对星座RMS差错应不超过下表的限值。,发射机频谱平坦度,规范要求对于OFDM、DSSS-OFDM方式，在谱线-16-1和+1+16中，每条谱线的星座图的平均能量与它们的总平均能量相比不超过2dB。在谱线-26-17和+17+26中，每条谱线的星座图的平均能量与谱线-16-1和+1+16的平均能量相比不超过+2/-4dB。,功率时间关系,I/Q信号波形,综合指标指示,该窗口将多种测试结果集合到一起显示，包括了EVM、频率偏移、数据速率、调制方式、符号时钟频率误差等指标。规范要求对于OFDM和DSSS-OFDM方式符号时钟频率容限小于25ppm 。,以上基于N4010A介绍了下WLAN发射指标。 规范中对于接收机的指标要求包括： 1 最小输入电平 2 最大输入电平 3 相邻信道抑制 附上行业指标要求和入库指标要求,入网入库WIFI射频测试项,无委测试 主要测试2412 2472高低信道的TX指标 泰尔测试 主要关注2412 2472高低信道的54M 11M接收灵敏度 移动入库测试项： Tx关注11M 54M的发射指标 RX关注11b 11g各个速率下最大接收电平、最小接收电平、邻信道抑制、吞吐量,4 BT基本原理介绍,蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。,蓝牙标准的发展,V1.1(1998年): 为最早期版本，传输率约在748810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。 V1.2: 748810kb/s 的传输率，增加了(改善 Software)抗干扰跳频功能。 V2.1(2004年): 改善了装置配对流程，短距离的配对方面，具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（Near Field CoMMunication）机制。具备更佳的省电效果。 V3.0(2009年): 核心是“Generic Alternate MAC/PHY”(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。传输速率更高，功耗更低。 V4.0(2010年): 包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝 牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。有效传输距离也有所提升，为60M。,蓝牙技术的特点,很好的抗干扰 能力和安全性,可建立临时 对等连接,全球范围 适用,同时传输 语音数据,近距离通信,功耗低 体积小,蓝牙技术 特点,蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz。,蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。,主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。,蓝牙采用了跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱，抵抗来自这些设备的干扰。 提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。,蓝牙设备在通信连（Connection）状态下，有四种工作模式：激活（Active）模式，呼吸（Sniff）模式保持（Hold）模式，休眠（Park）模式，Active 模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。,蓝牙技术通信距离为10m,可根据需要扩展至100m，以满足不同设备的需要。,1、2.4GHz ISM 频段,ISM频段：Industry Science and Medical Band （工业、科学、医学）。,信道数：79 个 （0-78） 范围：2.402GHz - 2.480GHz 信道间隔：1MHz,2、调制方式,GFSK（载波向上频移157kHz表示“1”，向下频移157kHz表 示“0”，速率是1Mbit/s） BT=0.5（0.5是将数据滤波器的-3dB带宽设定在500kHz， 可以限制射频占用的频谱） 调制指数=0.28-0.35 采用跳频技术1600H/s，T=625s 采用时分复用多路访问技术(TDD) 语音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD）,数据速率： 1MBit/s gross 分组交换或电路交换模式 异步数据和同步语音 功率： Class 1:+20dBm (with PA) Class 2:+4dBm（-6-+4dBm） Class 3:0dBm,3、FH/TDD Channel,625 ms,t,t,master,slave,4、跳频,slave,master,time,5、包的格式,接入码,包头,内容,72b,54b,0-2745b,PREAMBLE,SYNC WORD,TRAILER,4,64,4,34,24,6,LSB,MSB,BCH LAP BRK,接入码,包头,AM_ADDR,HEC,3,1,8,AM_ADDR,TYPE,FLOW,ARQN,slave active member address,payload type,LC flow control,ACK/NAK,parameter,information,FLOW,1,ARQN,1,SEQN,TYPE,4,SEQN,retransmit ordering,HEC,header error check,6、DH1/3/5 分组结构,7、微微网（皮网）,Master,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,一个微微网可由8个蓝牙设备组成。 在同一个微微网中，主设备为所有的设备提供时钟和跳频同步序列。 在同一个微微网中，所有的设备有同样的跳频序列。,8、分散网,Master,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Master,两个或更多的微微网在重叠的区域可以建立特殊的呼叫。,9、微微网的应用（一拖七）,10、建立通信,Standby(缺省),Inquiry(查询) (unknown address),Page(寻呼) (known address),Connection,.Active power(活动) Sniff(呼吸) Hold(保持) Park(休眠),Standby 等待加入一个微微网。 Inquiry 邀请周围的无线连接。 Page 连接一个明确的无线链路。 Connected 加入一个皮网(主设备或者从设备),5 BT相关射频测试指标介绍,一、发信机测试,目前的蓝牙无线测试规范的版本为0.91版本，它定义了蓝牙 无线测试指标及其测试方法。蓝牙无线测试配置包括一台测 试仪和被测设备（EUT,Equipment Under Test），其中测试 仪作为主单元，EUT作为从单元。两者之间可以通过射频电 缆相连也可以通过天线经空中传输相连。测试仪发送LMP指 令，激活EUT进入测试模式，并对测试仪与EUT之间的蓝牙链 路的一些参数进行配置。如测试方式是环回还是发送方式， 是否需要进行跳频，分组是单时隙分组还是多时隙分组，分 组的净菏是PN9，还是00001111、01010101。测试模式是一 个特殊的状态，出于安全的考虑，EUT必须首先设为“Enalle” 状态，然后才能空中激活进入测试模式。,1、输出功率,测试仪对初始状态设置如下：链路为跳频，EUT置为环回 （Loop back）。测试仪发射净荷为PN9，分组类型为所支持 的最大长度的分组，EUT对测试仪发出的分组解码，并使用 相同的分组类型以其最大输出功率将净荷回送给测试仪。测 试仪在低、中、高三个频点，对整个突发范围内测量峰值功 率和平均功率。规范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm 和20dBm，并且满足以下要求：如果EUT的功率等级为1，平 均功率 0dBm；如果EUT的功率等级为2，-6dBm平均功率 4dBm；如果EUT的功率等级为3，平均功率0dBm。,2、功率密度,初始状态同（1），测试仪通过扫频，在2400MHz频 带范围内找到对应最大功率的频点，然后以此频点 进行时域扫描（扫描时间为1分钟），测出最大值， 要求小于20dBm/100kHz。,3、功率控制,初始状态为环回，非跳频。EUT分别工作在低、中、 高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试 仪通过LMP信令控制EUT输出功率，并测试功率控制 步长的范围，规范要求在2dB和8dB之间。,4、频率范围,初始状态同（3），测试仪对EUT回送的净荷为PN9的 DH1分组扫频测量。当EUT工作在最低频点时，测试 仪找到功率密度下降为-80dBm/Hz时的频点fL；当 EUT工作在最高频点时，测试仪找到功率密度下降 为-80dBm/Hz时的频点fH。对于79信道的系统，要求 fL、fH位于2.42.4835GHz范围内。,5、20dB带宽,初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个 频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪扫频 找到对应最大功率的频点，并且找到其左右两侧对 应功率下降20dB时的fL和fH，20dB带宽Df = | fH - fL |，要求Df小于1MHz。,6、相邻信道功率,初始状态同（3）, EUT工作频点分别为第3信道、 第39信道和第75信道，回送净荷为PN9的DH1分组。 测试仪扫描整个蓝牙频段，测试各个信道的功率。 要求相邻第2道的泄漏功率小于-20dBm，相邻第3道 及其以上的泄漏功率小于-40dBm。,7、调制特性,初始状态同（3）, EUT分别工作在低、中、高三个 频点。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为 11110000的分组，并对EUT回送的分组计算频率偏移 的峰值和均值，分别记为Df1max 和Df1avg。测试仪 以所支持的最大分组长度发送净荷为10101010的分 组，并对EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值， 分别记为Df2max 和Df2avg，要求满足以下条件：至 少99.9%的Df1max满足 140kHz115kHz；Df2avg /Df1avg 0.8。,8、初始载波容限,EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1给测试仪。 测试仪先将链路置为非跳频，EUT分别工作在低、 中、高三个频点，然后测试仪再将链路置为跳频。 测试仪根据4个前导码计算载波频率f0，要求与标 称频率fTX的差小于75kHz。,9、载波频率漂移,初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个 频点，回送调制信号为10101010的DH1/DH3/DH5分组。 测试仪先根据4个前导码计算载波频率f0，然后每10 比特净荷测试一次频率，其与初始载频的差为瞬时 频率漂移。最后测试仪将跳频打开，重新测试所有 频点下的瞬时频率漂移。瞬时频率漂移之间的差定 义为漂移速率。对于DH1分组，要求每次的瞬时漂移 小于25kHz，对于DH3、DH5分组，要求载波瞬时漂移 小于40kHz。规范还要求载波漂移速率小于 4000Hz/10s。,二、收信机测试,对于收信机测试来说，所有指标的测试都是基于误 比特率的统计，并且至少要统计1600000个比特。 众所周知，在误帧率较大的情况下统计误比特率没 有任何意义，因此，为了准确测试收信机的性能， 测试仪必须能测试由以下6种情况导致的FER：CRC 误差、不正确的净荷长度、同步字出错、HEC出错、 EUT给MT8850A回送NACK分组、在预期的时隙内没有 收到EUT发送的分组。下面介绍蓝牙收信机的测试。,1、单时隙灵敏度,初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制 信号为PN9的DH1分组。依照蓝牙规范的要求，测试仪控制其输出功率， 以使EUT的收信功率为-70dBm。蓝牙规范允许EUT发送的射频信号具有 75kHz的初始误差和40kHz的频率漂移，即总共允许有115kHz的误差。此 外，还要考虑调制、符号定时等引起的误差。假如EUT的收信机性能由 一个输出“完美”信号的测试仪来测试，其测试结果不足以提供冗余度来 适应真正的无线传输环境，用户将得到一个关于收信机质量的错误结果。 经验告诉我们，对于有扰测试，蓝牙收信机的灵敏度一般会劣化4-10dB， 具体值与分组长度和蓝牙芯片种类有关。测试仪必须支持有扰发射 (dirty transmitter),见表1，将干扰加入到发送的蓝牙信号中，每 20ms一组，从第一组依次到第十组，再返回第一组，不断重复。此外， 蓝牙基带信号还受一正弦波调制。测试仪对误码率进行统计，要求误码 率BER0.1%。此外，如果有条件的话，最好在跳频状态下再重新测试一 遍。,2、多时隙灵敏度,类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为DH3、 DH5。,3、C/I性能,初始状态同1.1（3）, EUT分别工作在低、中、高三 个频点。测试仪发送的有用信号为净荷PN9的DH1分 组，同时还发送净荷PN15的蓝牙干扰信号。有用信 号和干扰信号的功率电平参见表2。测试仪进行误码 率统计，要求BER0.1%。,4、阻塞性能,阻塞特性是指在其它频段存在大的干扰信号时，接收机接收 有用信号的能力。初始状态同1.1（3）,EUT收发频点